聚酰亚胺基柔性压力传感器
PI研究：柔性传感器；电容式；介电层；静电纺丝；PI纳米纤维膜；灵敏度
压力传感器是柔性智能电子设备的重要组成部分，不仅需要具有高灵敏度，而且还需要具有较大的量程范围、较低的最小检测极限等。目前各种类型的压力传感器被开发出来，例如电容式、压阻式、压电式等。其中，电容式压力传感器具有结构简单、低功耗和良好稳定性等显著优势，已成为可穿戴电子设备的首选类型。对于电容式压力传感器，通常包括顶部与底部的两个柔性电极，以及二者之间的柔性电介质。为实现更大电容变化、更高灵敏度，高性能介电层的选择和设计至关重要。
近期，研究人员采用静电纺丝制备的聚酰亚胺（PI）纳米纤维膜，作为电容式压力传感器的介电层材料，制备了具有高灵敏度的柔性电容式压力传感器，以及典型的4×4传感器阵列。
研究人员系统对比了PI纳米纤维膜、商用PI膜和PDMS膜的性能，并考察了不同厚度（53~150μm）PI纳米纤维膜的影响以进一步优化介电层。
研究结果表明，以PI纳米纤维膜作为介电层，有效改善了传感器的灵敏度、检测极限和响应速度。所制备的传感器阵列在较宽的量程范围（0~1.388MPa）内表现出高的灵敏度。
当压力为3.5~4.1Pa和4.1~13.9Pa时，灵敏度分别为2.204kPa-1和0.721kPa-1。此外，所制备的电容式传感器还具有较低的检测极限，可低至3.5Pa，并具有良好的循环稳定性，可超过1×104次循环。
通过与柔性电路（FPC）检测板配合使用，所制备的4×4传感器阵列能够精确感应施加力的大小及位置，并可同时显示在Labview屏幕上。根据元件的动态电容变化，还可轻松识别物体的滑动。
该方法以PI纳米纤维膜作为高性能介电层，通过简单的制造工艺获得了高灵敏度的电容式压力传感器，相关工作将为智能应用柔性传感器的设计奠定基础，在健康监测、智能机器人等领域具有潜在应用。
研究成果发表在国际学术期刊 Organic Electronics （2020，84：105759），第一作者和通讯作者分别为厦门大学的Y.C. Zhu和D.Z. Wu。
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文献DOI: 10.1016/j.orgel.2020.105759
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